涂裝空調(diào)綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究

楊安玲，趙緒亞

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涂裝空調(diào)綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究

楊安玲，趙緒亞

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 231200）

在汽車市場競爭越來越激烈的當(dāng)代，生產(chǎn)制造成本成為企業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵。因此在工藝工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，利用好資源節(jié)約性技術(shù)，能夠降低成本，提高企業(yè)的競爭能力。把協(xié)調(diào)平衡的原理融入到資源節(jié)約型制造技術(shù)中，充分運(yùn)用系統(tǒng)思考的理念來豐富和創(chuàng)新資源節(jié)約型制造技術(shù)的內(nèi)容，是汽車發(fā)展資源節(jié)約型制造技術(shù)，建設(shè)和諧企業(yè)的重要手段。

空調(diào)；風(fēng)機(jī)；變頻；節(jié)能

引言

對于汽車生產(chǎn)的四大工藝而言，涂裝生產(chǎn)所消耗的能源分布情況為：涂裝生產(chǎn)電消耗占總消耗的55%左右，水消耗占總消耗的75%-80%，天然氣消耗占總消耗的90%以上。因此在涂裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、實(shí)施過程中充分考慮采用節(jié)能降耗是非常必要的。

涂裝線電力消耗主要分布在水泵、風(fēng)機(jī)及機(jī)械化等方面，其中噴漆室送排風(fēng)風(fēng)機(jī)的用電量占涂裝線總用量的30%左右，生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度越低，噴漆室送排風(fēng)風(fēng)機(jī)的用電量比例就越高。因此如何降低噴漆室空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的用電量成為我們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的必要性

噴漆室送風(fēng)空調(diào)風(fēng)機(jī)的選型一般要考慮如下兩點(diǎn)：

風(fēng)機(jī)送風(fēng)量：不低于該空調(diào)送風(fēng)區(qū)域（噴漆室）的所需要總風(fēng)量

風(fēng)機(jī)壓力：保證風(fēng)機(jī)送風(fēng)可以克服空調(diào)器及噴房中的過濾材料達(dá)到最終使用壽命時(shí)的終阻力及空調(diào)器、風(fēng)道、噴房等阻力之和，一般情況下還要有一定的富余量；在保證風(fēng)機(jī)送風(fēng)量及壓力的情況下，確定出風(fēng)機(jī)的軸功率。

而過濾材料的初始阻力與總阻力之間一般有150-400Pa左右的壓力差，一般而言，在整個(gè)空調(diào)送風(fēng)過程中共需經(jīng)過四道過濾，如下圖1所示：

圖1 噴漆室空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)示意圖

空調(diào)器中的初效過濾段（G4）、中效過濾段（F6），噴漆室動(dòng)室的中高效過濾（F7）和靜壓段的頂棉過濾（F5），綜合目前國內(nèi)幾家的過濾材料的阻力情況，匯總數(shù)據(jù)如下表1所示：

表1 各種過濾器材的初終阻力參數(shù)

根據(jù)上表合計(jì)：送風(fēng)系統(tǒng)終阻力與初始阻力差最大為1185Pa，即使在考慮過濾器一般不會(huì)使用到最大終阻力以及不會(huì)同時(shí)更換的情況下，根據(jù)江淮汽車空調(diào)系統(tǒng)阻力計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)阻力波動(dòng)值可達(dá)到600Pa。

因此風(fēng)機(jī)在過濾器材處于剛使用過程中，風(fēng)機(jī)所送出的風(fēng)壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際所需要的風(fēng)壓，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的能耗浪費(fèi)，或者會(huì)出現(xiàn)由于風(fēng)壓不夠而提前更換過濾器材，導(dǎo)致過濾器材的使用成本增加。

2 變頻技術(shù)的節(jié)能原理

2.1 變頻器的節(jié)能原理

通常來說，空調(diào)送風(fēng)機(jī)采用變頻器控制可通過下面五個(gè)原理進(jìn)行降低節(jié)能降耗：

2.1.1變頻調(diào)速節(jié)能

為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)，在壓力偏高時(shí)，可降低電機(jī)的運(yùn)行速度，使其在恒壓的同時(shí)節(jié)約電能。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速從 N1 變到 N2時(shí)，其電機(jī)軸功率（P）的變化關(guān)系如下：

P2／P1 =（N2/N1）3，由此可見降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可得到立方級(jí)的節(jié)能效果。

2.1.2動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)能

迅速適應(yīng)負(fù)載變動(dòng)，供給最大效率電壓。變頻調(diào)速器在軟件上設(shè)有高頻率的測控輸出功能，始終保持電機(jī)的輸出高效率運(yùn)行。

2.1.3通過變頻自身的V/F功能節(jié)能

在保證電機(jī)一定的力矩輸出情況下，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)V/F曲線。降低輸出力矩值，減小輸入電流，達(dá)到節(jié)能的效果。

2.1.4利用變頻自帶軟啟動(dòng)節(jié)能

在電機(jī)全壓開啟時(shí)，由于啟動(dòng)力矩有一定的需要，需從電網(wǎng)引入 7 倍的電機(jī)額定電流，而較大的啟動(dòng)電流會(huì)浪費(fèi)電能，對電網(wǎng)的電壓波動(dòng)也有較大的損害，同時(shí)增加了線、變損。通過軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可以從0 至電機(jī)額定電流，降低了啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊，節(jié)省了電費(fèi)，同時(shí)也降低了對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，增加了設(shè)備的使用時(shí)間。

2.1.5采用提高功率因數(shù)節(jié)能

電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子繞組通過電磁作用來產(chǎn)生力矩。繞組因其感抗作用。對電網(wǎng)來說，阻抗特性顯示感性，電機(jī)在運(yùn)行過程中吸收了大量的無用功率，導(dǎo)致功率因數(shù)低。

改為變頻調(diào)速器后，因其電路已變更為：AC-DC-AC，通過整流濾波，負(fù)載特性產(chǎn)生了變化。變頻調(diào)速器對電網(wǎng)的阻抗特性顯示阻性，功率因數(shù)得到了提高，降低了無功損耗。

3 節(jié)能研究

基于離心風(fēng)機(jī)的特性，同一臺(tái)離心風(fēng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下有不同的全壓H-風(fēng)量Q曲線特性圖，如下圖2所示：

圖2 離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓H-風(fēng)量Q曲線特性圖

其中：

n1-代表風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性；

n2-代表風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性；

R1-代表風(fēng)機(jī)管路阻力最小時(shí)的阻力特性；

R2-代表風(fēng)機(jī)管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。

在過濾器材處于初始階段，系統(tǒng)阻力交小的工況下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)在曲線R1工作時(shí)，工況位置為C，其壓力和流程分別為H3、Q2，此時(shí)風(fēng)機(jī)需求功率與Q2和H3的乘積成正比，即與OQ2CH3的面積成正比。因風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的選型按最終的阻力設(shè)計(jì)取值，再輸出功率恒定的情況，為保證系統(tǒng)風(fēng)量Q2值，實(shí)際上利用調(diào)節(jié)風(fēng)閥等方法提高管網(wǎng)管阻，將風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)移至曲線R2上的B位置，風(fēng)壓提升至H2，此事風(fēng)機(jī)需求功率與Q2H2的面積成正比，即與OQ2BH2的面積成正比。顯然，此時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需要的功率。此調(diào)節(jié)方法雖然控制簡單，但消耗功率功大，能耗高，是通過高運(yùn)行成本為代價(jià)換取簡單的控制方法。

如果利用變頻調(diào)速，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至n2，此時(shí)工作位置由B移至C，流量不變，壓力則降低至H3，此時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)需求功率與OQ2CH3的面積成正比，如圖2所示，功率降低較明顯。

風(fēng)機(jī)風(fēng)量與壓力比值的變化量，綜上所述，利用變頻調(diào)速是有效的節(jié)能措施。根據(jù)GB12497對電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理的規(guī)定有如下的計(jì)算公式。

采用檔板調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻力對應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入功率P1V與風(fēng)量Q（或壓力H）的關(guān)系為：

P1V≈[0.45+0.55(H/HN)2]P1e

式中：P1e——額定流量時(shí)電動(dòng)機(jī)輸入功率（kW）。

HN——送風(fēng)系統(tǒng)的額定壓阻

H——送風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際壓阻

電動(dòng)機(jī)改為變頻調(diào)速后，其輸出功率與風(fēng)量Q（或壓力H）成正比的關(guān)系，因此，利用變頻調(diào)速器改變壓力時(shí)，相對調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)風(fēng)量的節(jié)電率Ki為：

根據(jù)上述計(jì)算條件，風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)相對調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)風(fēng)量的年節(jié)電量為：

Pd=t*D*P1V*Ki

其中：Pd——電動(dòng)機(jī)年節(jié)電量，單位kWh；

t——電動(dòng)機(jī)每天運(yùn)行時(shí)間，單位h；

D——電動(dòng)機(jī)每年的工作天數(shù)；

同理：對于在恒定流量條件下，采用變頻調(diào)速器適應(yīng)實(shí)際壓力時(shí)，相對通過調(diào)整風(fēng)閥等措施，提高送風(fēng)系統(tǒng)的阻力的節(jié)電率Ki同上式。

風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用變頻器調(diào)速后，節(jié)電效果是非常明顯的。

如以一臺(tái)風(fēng)量為240000m3/h，風(fēng)壓為1400Pa 功率為160kw 的離心風(fēng)機(jī)為例，根據(jù)江淮汽車的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，送風(fēng)系統(tǒng)的過濾器材更換周期為2-3個(gè)月，在此期間送風(fēng)系統(tǒng)的阻力由800Pa向1400Pa不斷增加，我們?nèi)∑骄?100Pa情況下進(jìn)行計(jì)算：

P1V≈[0.45+0.55(H/HN)2]P1e≈126.3

Ki =1-0.61=0.39

Pd = t*D*P1V*Ki=16*250*126.3*0.39=19.7028萬度

根據(jù)上述計(jì)算一臺(tái)風(fēng)機(jī)每年即可節(jié)約近20萬元的運(yùn)行費(fèi)用是相當(dāng)可觀的。因此對于汽車涂裝生產(chǎn)線而言，空調(diào)送風(fēng)機(jī)組采用變頻技術(shù)控制是相當(dāng)有必要的。

4 總結(jié)

空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵在于對空調(diào)送風(fēng)機(jī)的電機(jī)采用變頻器控制， 通過設(shè)定變頻器的輸出頻率對風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。生產(chǎn)線可根據(jù)兩種控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)選擇合適的方案。

涂裝空調(diào)節(jié)能技術(shù)可有效的節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，通過技術(shù)優(yōu)化提高企業(yè)競爭力，在競爭日益加劇當(dāng)下，為汽車企業(yè)發(fā)展提供豐富的技術(shù)創(chuàng)新保障。

Study on the Application of Green Energy Saving Technology for Painting Air Conditioning

Yang Anling, Zhao Xuya

（Jianghuai Automobile Co. Ltd, anhui province, Anhui Hefei 231200）

In the passenger car market competitive manufacturing cost of contemporary, production becomes the key to the development of business survival. Therefore in the process of project design, the use of resource-saving technologies that can reduce costs, improve enterprise's competitiveness. The coordination of the principles of balance into the resource-saving manufacturing technology, making full use of system thinking of ideas to enrich and innovative resource-saving manu -facturing technology development group, is resource-saving technologies, building a harmonious enterprise, an important means.

Air conditioning; fans; variable frequency; energy-saving

A

1671-7988(2018)24-264-03

U445

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1671-7988(2018)24-264-03

U445

楊安玲，女，(1975.4-)，安徽合肥人，2006年1月畢業(yè)于合肥職工大學(xué)、大專學(xué)位、技師，目前在安徽江淮汽車商用車車架廠涂裝線工作，崗位涂裝質(zhì)量管理，研究方向是車架涂裝技術(shù)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.096